摘要：蒸汽流量測量中孔板和渦街流量計是比較常見的兩種測量元件，在實際應(yīng)用中根據(jù)應(yīng)用場所環(huán)境等不同，孔板和渦街流量計各有優(yōu)缺點。

蒸汽的流量測量方法按工作原理劃分，可分為直接式質(zhì)量流量計和間接式質(zhì)量流量計，在工業(yè)企業(yè)中蒸汽的測量多采用間接式，其中節(jié)流式差壓流量計和渦街流量計是主流。這兩種流量計在測量中各有優(yōu)缺點，如差壓流量計以孔板流量計為例，其范圍度廣，穩(wěn)定性好；而渦街流量計的優(yōu)越性是孔板式流量計所不具備的，尤其是在蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計值時，其測量誤差遠(yuǎn)小于孔板式流量計的測量。本文將對兩種流量計在實際應(yīng)用中的優(yōu)缺點進(jìn)行詳細(xì)的對比分析。

1、孔板式流量計

孔板流量計是差壓式流量計的一種。簡單的說。流體流經(jīng)一個收縮截面，測量通過此截面的差壓。根據(jù)丹尼爾-伯努利在1738年的研究工作，流體經(jīng)過孔板的速度和其壓力損失的平方根成比例關(guān)系。

1.1 孔板流量計的測量原理

充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。

1.2 孔板流量計的安裝條件

（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的中心線應(yīng)當(dāng)與管道中心線同軸。

（2）孔板流量計安裝時應(yīng)配有一段測量管,至少保持前10DN、后5DN的等徑直管段，以提高測量精度。

（3）引壓管路的內(nèi)徑與管路長度和介質(zhì)臟污程度有關(guān)，通常在16米以內(nèi)用內(nèi)徑為8-12mm的管子。

（4）引壓管路應(yīng)有牢固的支架托承，兩根取壓管路應(yīng)盡可能互相靠近并遠(yuǎn)離熱源或震動源，測量水蒸汽流量時，應(yīng)用保溫材料一同包扎，必須時（如氣溫0℃以下）加伴熱管防止結(jié)冰。在測量臟污流量時，應(yīng)附設(shè)隔離器或沉降器。

（5）引壓管路內(nèi)必須始終保持單相流體狀態(tài)。被測流體是液體時，引壓管路內(nèi)全部是液相，絕對不能有氣泡。為此應(yīng)在引壓管路的*低點裝排水閥或在*高點裝排氣閥，在新裝或檢修差壓變送器時時應(yīng)特別注意。

1.3 孔板流量計的優(yōu)缺點

孔板流量計的優(yōu)點：

（1）應(yīng)用*多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長；

（2）檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

孔板流量計的缺點：

a.測量精度偏低；

b.量程比小，一般僅為1:3~1:5；

c.現(xiàn)場安裝要求高；

d.壓損大。

e.冬季需保溫處理，易凍。

f.渦街流量計

渦街流量計利用一個非線性的發(fā)生體放置在管道內(nèi)，流體流經(jīng)鈍體時會在其尾部產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦。這些旋渦可以檢測、計算和顯示。在一定流量范圍內(nèi)，渦街產(chǎn)生的數(shù)量與流體的體積流量成比例，這樣就可以測得流體的速度。

2.1 渦街流量計工作原理

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體，則從旋渦兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，如圖2所示，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。旋渦流量計是根據(jù)卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計。并可作為流量變送器應(yīng)用與自動化控制系統(tǒng)中。

2.2 渦街流量計的安裝要求

（1）避免安裝在有機(jī)械振動的管道上。當(dāng)振動不可避免時，應(yīng)考慮在距傳感器前后約2DN處的直管段上加固定支撐架；

（2）流量計上下游必須有足夠的直管段，一般為前10D后5D；

（3）安裝點上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN；

（4）根據(jù)測量的需要，需在傳感器附近測量壓力和溫度時，測壓點應(yīng)在傳感器下游的3-5D處，測溫點應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。

2.3 渦街流量計的優(yōu)缺點

渦街流量計的優(yōu)點：

（1）量程比大，可達(dá)到1:20；

（2）無運動部件；

（3）低阻流。

渦街流量計的缺點：

（1）振動容易引起誤差；

（2）直管段距離要求嚴(yán)格。

（3）實際應(yīng)用中孔板與渦街流量計測量誤差比較

3.1 孔板流量計計量誤差分析

差壓式流量計是利用流體的動靜壓能轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行流量測量的，這一差壓與流體流量存在如下關(guān)系：

式中：mq為質(zhì)量流量，kg/h；vq為工況條件下的體積流量，m3/h ；為流量系數(shù)；為流束膨脹系數(shù)；p為差壓，Pa；為工況條件下被測流體的密度，kg/m3；d為工況條件下的節(jié)流開孔直徑，mm。

由（1）式和（2）式可以看出，被測流體的流量是流體的密度和孔板前后差壓的函數(shù)。當(dāng)測得某一差壓時，由于所測流體的密度不同，所代表的流量是不同的，只有當(dāng)流體的密度值等于孔板設(shè)計條件中的密度值時，差壓才能真實反映所測的流量。蒸汽從發(fā)生到使用，由于熱損耗，溫度和壓力的下降是不可避免的，導(dǎo)致其密度與設(shè)計值的差異，從而產(chǎn)生了誤差，并且隨著蒸汽參數(shù)的波動而波動，實際測量時只能通過溫壓補(bǔ)償來修正，補(bǔ)償公式的嚴(yán)謹(jǐn)性直接影響測量誤差。

3.2 渦街流量計計量誤差分析

渦街流量計是利用振動原理進(jìn)行測量的，在流體中，在流動的垂直方向插入發(fā)生體，流體流經(jīng)時在其下游兩側(cè)交替產(chǎn)生兩列卡門渦街，卡門渦街的發(fā)生頻率存在一定的雷諾數(shù)范圍與流體的流速有關(guān)，并呈正線性關(guān)系。其關(guān)系式如下：

式中：f為渦街頻率，Hz；tS為斯特羅哈爾常數(shù)（無量綱）；v為流體經(jīng)過發(fā)生體時的平均流速，m/s；d為發(fā)生體的特征寬度，m。

在實際測量中，一臺制造完成的渦街流量計其發(fā)生體的特征寬度是一定固定不變的。由此看見，卡門渦街的頻率在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)只與流體的平均流速有關(guān)，與流體的密度、粘度等物理參數(shù)基本無關(guān)。只要測得了渦街f和發(fā)生體處的流通面積即可測得流過發(fā)生體兩側(cè)流體的體積流量，其體積流量關(guān)系式為：

式中：vq為體積流量，m3/h；tS為斯特羅哈爾常數(shù)；m為渦街發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；d為渦街發(fā)生體迎面寬度，m；D為表體通徑，m；f為渦街頻率，Hz。由上式可以看出，在式中沒有涉及流體的任何物理參數(shù)。所以在常規(guī)使用中，一臺渦街流量計無論用于何種流體測量，只要雷諾數(shù)2104~ 7106范圍內(nèi)，就能得到穩(wěn)定的流量系數(shù)。只要測得準(zhǔn)確的渦街頻率，便可準(zhǔn)確測得工況下流體的體積流量。這一點完全不同于差壓式流量計在流體參數(shù)偏離設(shè)計值時便產(chǎn)生很大誤差的情況。

4. 結(jié)束語

通過實際應(yīng)用過程中問題可發(fā)現(xiàn)，在蒸汽測量中，渦街安裝方便而孔板流量計需要配套差壓變送器、引壓管、三組閥等附件使用，且因為冷凝水測量，在冬季使用引壓管易凍結(jié)，造成測量誤差。且在運行方面，渦街后期基本不需要維護(hù)，而孔板由于成銳角邊緣易磨損，需定期維護(hù)，分體式結(jié)構(gòu)還需定期對引壓管排污，綜上所述，工業(yè)企業(yè)中非特殊惡劣環(huán)境下，建議蒸汽測量優(yōu)先選用渦街流量計，更好滿足測量需求。